(57)【要約】  基板１１面上に陽極層１２、誘電体層１３および陰極層１４が順次積層されており、少なくとも誘電体層１３を貫通して陽極層１２から陰極層１４へ至る複数の貫通部１６と、貫通部１６の内面の少なくとも両電極間を覆う発光部１７を備え、貫通部１６の陽極層１２面における形状の周長がこの形状を内包する最小円の周長より長く、かつ、この形状の最大幅が０．０１μｍ〜５μｍである発光素子１０により、発光部での電荷集中が生じにくく、発光面の面積を有効に利用することができ、外部への光取り出し効率の高いキャビティ形状により、輝度と発光効率が高い発光素子等を提供する。
2011148478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材面上に第１電極層、誘電体層および第２電極層が順次積層されており、
少なくとも前記誘電体層を貫通して第１電極層から第２電極層へ至る複数の貫通部と、
前記貫通部の内面の少なくとも前記両電極層間を覆う発光部を備え、
前記貫通部の前記第１電極層面における形状の周長が当該形状を内包する最小円の周長より長く、
かつ、該形状の最大幅が０．０１μｍ〜５μｍである
発光素子。
【請求項２】
前記貫通部が、前記第１電極層をも貫通している請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記貫通部が、前記第２電極層をも貫通している請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１電極層面における形状の周長が、０．５μｍ〜２５μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１電極層面における形状の周長が、当該形状を内包する最小円の周長の１．１５倍〜２倍である請求項１〜４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項６】
前記貫通部が、基材面１ｍｍ２当たり１０３個〜１０８個形成されている請求項１〜５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項７】
前記基材面の単位面積当たりに存在する前記貫通部の周長の合計が、１μｍ／μｍ２以上である請求項１〜６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項８】
前記第１電極層面における形状が凹多角形である請求項１〜７のいずれかに記載の発光素子。
【請求項９】
前記第１電極層面における形状が、頂点部が面取りされた凹多角形である請求項１〜７のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１０】
前記凹多角形が頂点を８つ以上有する請求項８または９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記凹多角形の辺の長さが同一である請求項８〜１０のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１２】
前記第１電極層面における形状がフラクタル構造を有する形状である請求項１〜１１のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１３】
前記発光部が、少なくとも有機化合物からなる発光体を含む発光層を有する請求項１〜１２のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１４】
前記有機化合物が、有機金属錯体である請求項１３に記載の発光素子。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載の発光素子を備えた画像表示装置。
【請求項１６】
請求項１〜１４のいずれかに記載の発光素子を備えた照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、画像表示装置や照明装置に用いられる発光素子等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エレクトロルミネセンス現象を利用したデバイスが重要度を増している。このようなデバイスとして、発光材料を層状に形成し、この発光層に陽極と陰極とからなる一対の電極を設けて電圧を印加することで発光を行わせる電界発光素子等の発光素子が注目を集めている。このような電界発光素子は、陽極と陰極の間に電圧を印加することで、陽極と陰極からそれぞれ正孔と電子を注入し、注入された電子と正孔とが、発光層で結合することによる生じるエネルギーを利用して発光を行う。即ち、電界発光素子は、この結合によるエネルギーで発光層の発光材料が励起され、励起状態から再び基底状態に戻る際に光を発生する現象を利用したデバイスである。【０００３】
この電界発光素子等の発光素子を画像表示装置として使用した場合、発光材料が自己発光であるため、画像表示装置としての応答速度が速く、視野角が広いという特徴を有する。更に電界発光素子の構造上、画像表示装置の薄型化が容易になるという利点もある。また発光材料として例えば有機物質を利用した有機電界発光素子の場合は、有機物質の選択によって色純度の高い光を発生させやすく、そのため色再現域を広くとることが可能であるという特徴がある。
更に、電界発光素子等の発光素子は、白色での発光も可能であり、面発光であることから、この電界発光素子を照明装置に組み込んで利用する用途も提案されている。【０００４】
このような発光素子の構造として、例えば、特許文献１には、正孔電極注入層と電子注入電極層との間に挿入される誘電体層を備え、少なくとも誘電体層および電極層の一つを貫通して形成され、正孔注入電極領域、電子注入電極領域および誘電体領域を備える貫通部（キャビティ）の内部表面にエレクトロルミネセンスコーティング材料を塗布するキャビティ発光エレクトロルミネセンスデバイスが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５２２３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１にはキャビティの形状として円柱状や立方状のものなどが例示されているが、その発光素子の基板面における断面形状は、円または最小内包円の周長よりも短い多角形である。キャビティの作製された箇所で発光するキャビティ発光エレクトロルミネセンスデバイスにおいて、前記キャビティ形状では発光面の面積を有効に使用しているとは言えない。また、キャビティ内部において電荷集中が生じやすいため、大きな電流を流して発光強度を大きくするのにも限度がある。さらにエレクトロルミネッセンスコーティング材料内部で生じた光を効率的に外部へ取り出すことができず、発光効率が低いという問題があった。
上記課題に鑑み、本発明の目的は、発光部での電荷集中が生じにくく、発光面の面積を有効に利用することができ、外部への光取り出し効率の高いキャビティ形状により、輝度と発光効率が高い発光素子を提供することである。
また、他の目的は、前記発光素子を利用し、高い発光効率を有する画像表示装置または照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を備える。
（１）基材面上に第１電極層、誘電体層および第２電極層が順次積層されており、少なくとも前記誘電体層を貫通して第１電極層から第２電極層へ至る複数の貫通部と、前記貫通部の内面の少なくとも前記両電極間を覆う発光部を備え、前記貫通部の前記第１電極層面における形状の周長が当該形状を内包する最小円の周長より長く、かつ、該形状の最大幅が０．０１μｍ〜５μｍである発光素子。
（２）前記貫通部が、前記第１電極層をも貫通している前項（１）に記載の発光素子。
（３）前記貫通部が、前記第２電極層をも貫通している前項（１）または（２）に記載の発光素子。
（４）前記第１電極層面における形状の周長が、０．５μｍ〜２５μｍである前項（１）〜（３）のいずれかに記載の発光素子。
（５）前記第１電極層面における形状の周長が、当該形状を内包する最小円の周長の１．１５倍〜２倍である前項（１）〜（４）のいずれかに記載の発光素子。
（６）前記貫通部が、基材面１ｍｍ２当たり１０３個〜１０８個形成されている前項（１）〜（５）のいずれかに記載の発光素子。
（７）前記基材面の単位面積当たりに存在する前記貫通部の周長の合計が、１μｍ／μｍ２以上である前項（１）〜（６）のいずれかに記載の発光素子。
（８）前記第１電極層面における形状が凹多角形である前項（１）〜（７）のいずれかに記載の発光素子。
（９）前記第１電極層面における形状が、頂点部が面取りされた凹多角形である前項（１）〜（７）のいずれかに記載の発光素子。
（１０）前記凹多角形が頂点を８つ以上有する前項（８）または（９）に記載の発光素子。
（１１）前記凹多角形の辺の長さが同一である前項（８）〜（１０）のいずれかに記載の発光素子。
（１２）前記第１電極層面における形状がフラクタル構造を有する形状である前項（１）〜（１１）のいずれかに記載の発光素子。
（１３）前記発光部が、少なくとも有機化合物からなる発光体を含む発光層を有する前項（１）〜（１２）のいずれかに記載の発光素子。
（１４）前記有機化合物が、有機金属錯体である前項（１３）に記載の発光素子。
（１５）前項（１）〜（１４）のいずれかに記載の発光素子を備えた画像表示装置。
（１６）前項（１）〜（１４）のいずれかに記載の発光素子を備えた照明装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発光部での電荷集中が生じにくく、発光面の面積を有効に利用することができ、輝度と発光効率が高い発光素子、それを用いた画像表示装置ならびに照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態が適用される発光素子の一例を説明した部分断面図である。
【図２】本実施の形態が適用される発光素子の貫通部の形状とその配列を説明した図である。
【図３】（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態の発光素子における貫通部の形状を説明した図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の発光素子における貫通部の他の形状およびこの形状の作成方法を示した図である。
【図５】（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態の発光素子における貫通部の更に他の形状を説明した図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、凹十角形を２通りの方法で面取りした場合を説明した図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、発光部の形状の他の形態を説明した図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の発光素子における貫通部の種々の形態について説明した図である。
【図９】（ａ）〜（ｆ）は、本実施の形態が適用される発光素子の製造方法について説明した図である。
【図１０】本実施の形態における発光素子を備える画像表示装置の一例を説明した図である。
【図１１】本実施の形態における発光素子を備える照明装置の一例を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態が適用される発光素子の一例を説明した部分断面図である。
図１に示した発光素子１０は、基板１１上に、正孔を注入するための第１電極層としての陽極層１２と、絶縁性の誘電体層１３と、電子を注入するための第２電極層としての陰極層１４とが順次積層した構造を採る。また、陽極層１２、誘電体層１３、陰極層１４を貫通して形成される貫通部１６を有し、そして貫通部１６の内面を覆って形成され電圧を印加することで発光する発光部１７を有する。この発光部１７は、貫通部１６の全体を埋めずに貫通部１６の内表面に層状に形成され、凹部１８を形成する。
【００１１】
基板１１は、陽極層１２、誘電体層１３、陰極層１４、発光部１７を形成する支持体となる基材である。基板１１には、発光素子１０に要求される機械的強度を満たす材料が用いられる。
【００１２】
基板１１の材料としては、発光素子１０の基板１１側から光を取り出したい場合は、発光光に対して透明であることが必要である。可視光であれば、具体的には、ソーダガラス、無アルカリガラスなどのガラス；アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ナイロン樹脂などの透明樹脂、等が挙げられる。
発光素子１０の基板１１側から光を取り出す必要がない場合は、基板１１の材料は、発光光に対して不透明な材料でもよい。具体的に、基板１１の材料は、前記材料に加えて、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、もしくはニオブ（Ｎｂ）の単体、またはこれらの合金、あるいはステンレスなどからなる材料が挙げられる。
基板１１の厚さは、要求される機械的強度を満たせばよい。通常、０．１ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは０．２５ｍｍ〜２ｍｍである。
【００１３】
陽極層１２は、陰極層１４との間で電圧を印加し、発光部１７に正孔を注入する。陽極層１２に使用される材料としては、電気伝導性を有するものであれば、特に限定されるものではないが、−５℃〜８０℃の温度範囲で面抵抗が１０００Ω以下であることが好ましく、１００Ω以下であることが更に好ましい。加えて、アルカリ性水溶液に対し、電気抵抗が顕著に変化しないことが好ましい。
【００１４】
このような条件を満たす材料として、例えば、金属酸化物、金属、合金が挙げられる。ここで、金属酸化物としては、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）が挙げられる。また金属としては、ステンレス、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、これらの金属を含む合金、等が挙げられる。透明電極を形成するのに用いられる透明材料としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、それらの複合体であるＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）等からなる導電性ガラス（ＮＥＳＡ等）、金、白金、銀、銅が挙げられる。これらの中でも、ＩＴＯ、ＩＺＯ、酸化スズが好ましい。また、ポリアニリンもしくはその誘導体、ポリチオフェンもしくはその誘導体等の有機物からなる透明導電膜を用いてもよい。また、発光部１７への正孔の注入を容易にするという観点から、陽極層１２の発光部１７と接触する表面上に、フタロシアニン誘導体、ポリチオフェン誘導体等の導電性高分子、Ｍｏ酸化物、アモルファスカーボン、フッ化カーボン、ポリアミン化合物等からなる１ｎｍ〜２００ｎｍの層、あるいは金属酸化物、金属フッ化物、有機絶縁材料等からなる平均膜厚１０ｎｍ以下の層を設けてもよい。
【００１５】
発光素子１０の基板１１側から光を取り出したい場合、陽極層１２は、高い光透過率を有することが好ましいため、厚さ２ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。また発光素子１０の基板１１側から光を取り出す必要がない場合は、例えば、陽極層１２を２ｎｍ〜２ｍｍの厚さで形成することができる。
なお、陽極層１２は、基板１１と同一の材質を使用することもできる。この場合、陽極層１２と基板１１は一体となる。
【００１６】
誘電体層１３は、陽極層１２と陰極層１４の間に形成され、陽極層１２と陰極層１４とを所定の間隔にて分離し絶縁すると共に、発光部１７に電圧を印加するためのものである。このため誘電体層１３は、高抵抗率材料であることが好ましく、より好ましくは抵抗率１０８Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは抵抗率１０１２Ω・ｃｍ以上である。具体的な材料としては、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の金属窒化物；酸化珪素、酸化アルミニウム等の金属酸化物が挙げられるが、他にポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、パリレン等の高分子化合物も使用可能である。
【００１７】
また誘電体層１３は電気的絶縁性が保持される限りは、二層以上で構成されていてもよい。具体的には、絶縁体からなる層に追加して、絶縁体からなる層、導電体からなる層、絶縁体に導電体を分散させた層、絶縁体に絶縁体を分散させた層、半導体からなる層、等を積層させてもよい。具体的には、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の金属窒化物；酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、それらの複合体であるＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）等の金属酸化物；ステンレス、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）等の金属；導電性ポリマー、有機ＥＬ発光材料等の有機導電性材料；グラファイト、アルミナ、窒化ホウ素、カーボンナノチューブ、粉末ダイヤモンド、粉末珪素等を樹脂等の絶縁体に分散させた材料が挙げられる。
【００１８】
誘電体層１３の厚さとしては、発光素子１０全体の厚さを抑えるために１μｍを越えないことが好ましい。また、陽極層１２と陰極層１４との間隔が狭い方が、発光のために必要な電圧が低くて済むので、この観点からも誘電体層１４は薄い方がより好ましい。但し、薄すぎると有機電界発光素子１０を駆動するための電圧に対し、絶縁耐力が十分でなくなるおそれがある。ここで絶縁耐力は、発光部１７が形成されていない状態で、陽極層１２と陰極層１４の間に流れる電流の電流密度が、０．１ｍＡ／ｃｍ２以下であることが好ましく、０．０１ｍＡ／ｃｍ２以下であることがより好ましい。また発光素子１０の駆動電圧に対し、２Ｖを超えた電圧に耐えることが好ましいため、例えば、駆動電圧が５Ｖである場合は、発光部１７が形成されていない状態で、陽極層１２と陰極層１４の間に約７Ｖの電圧を印加した場合に上記の電流密度を満たせばよい。これを満たす誘電体層１３の厚さとしては、好ましくは、１０ｎｍ〜５００ｎｍ、更に好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍで作製するのがよい。
【００１９】
陰極層１４は、陽極層１２との間で電圧を印加し、発光部１７に電子を注入する。陰極層１４に使用される材料としては、陽極層１２と同様に電気伝導性を有するものであれば、特に限定されるものではないが、仕事関数が低く、かつ化学的に安定なものが好ましい。仕事関数は、化学的安定性を考慮すると−２．９ｅＶ以下であることが好ましい。具体的には、Ａｌ、ＭｇＡｇ合金、ＡｌＬｉやＡｌＣａなどのＡｌとアルカリ金属の合金等の材料を例示することができる。陰極層１４の厚さは１０ｎｍ〜１μｍが好ましく、５０ｎｍ〜５００ｎｍがより好ましい。
【００２０】
また、陰極層１４から発光部１７への電子の注入障壁を下げて電子の注入効率を上げる目的で、図示しない陰極バッファ層を、陰極層１４に隣接して設けてもよい。陰極バッファ層は、陰極層１４より仕事関数の低いことが必要であり、金属材料が好適に用いられる。例えば、アルカリ金属（Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）、アルカリ土類金属（Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ）、希土類金属（Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｙｂ）、あるいはこれら金属のフッ化物、塩化物、酸化物から選ばれる１つまたは２つ以上の混合物を使用することができる。陰極バッファ層の厚さは０．０５ｎｍ〜５０ｎｍが好ましく、０．１ｎｍ〜２０ｎｍがより好ましく、０．５ｎｍ〜１０ｎｍがより一層好ましい。
【００２１】
貫通部１６は、発光部１７をその内面に有し、少なくとも誘電体層１３を貫通して陽極層１２から陰極層１４へ至る。本実施の形態では、第１電極層である陽極層１２、誘電体層１３、第２電極層である陰極層１４を貫通するように形成する。このように貫通部１６を設けることにより発光部１７から発せられた光は、貫通部１６、陽極層１２、誘電体層１３等の内部を伝搬し、基板１１側および陰極層１４の側の両方向において取り出すことができる。ここで、貫通部１６は、陽極層１２、誘電体層１３、陰極層１４を貫通して形成されているため、第１電極層である陽極層１２および第２電極層である陰極層１４が不透明材料により形成されるときでも光を取り出すことが可能である。
【００２２】
図２は、本実施の形態が適用される発光素子１０の貫通部１６の形状とその配列を説明した図である。ここで、図２は、発光素子１０を第１電極層である陽極層１２面に対して垂直な方向から見た図である。
【００２３】
図２において貫通部１６は、詳しくは後述するが凹八角形の形状を採る。そして、この貫通部１６は、隣接する各列がそれぞれ千鳥状になるように配列する。そして、この凹八角形を内包する最小円２１（最小内包円）を考え、この隣接する最小円２１の中心同士を結ぶ各線分が、正三角形を構成するように配列する。ここで、この正三角形の一辺の長さをピッチ（Ｐ）とし、隣接する最小円２１の外縁部の距離を隔離（ｓ）とすると、最小円２１の半径（ｒ）との間に、ｐ＝ｓ＋２ｒの関係が成り立つ。なお本実施の形態において、「最小内包円」とは、貫通部１６が採る形状を全て内側に含む円のうち最小のものを言う。
【００２４】
ここで、貫通部１６がこの最小円２１の形状であった場合は、図１からもわかるように発光部１７は、この円形形状の内縁部に沿って円形状に形成される。そのため、主に発光はこの最小円２１の内縁部で円形状に生じる。そして、最小円２１の直径（２ｒ）およびそれぞれの間隔である隔離（ｓ）を小さくすれば、それだけ単位面積当たりの貫通部１６の数が増加するため、発光強度を大きくすることができる。しかしながら、発光素子１０の製造上の問題から、貫通部１６を最小円２１の形状とした場合、直径（２ｒ）および隔離（ｓ）をむやみに小さくすることは困難である。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、貫通部１６の、第１電極層である陽極層１２面に対して垂直な方向から見た形状の周長が、この形状を内包する最小円２１の周長より長くし、貫通部１６の、陽極層１２面における形状の最大幅が０．０１μｍ〜５μｍとしている。前記周長は、０．５μｍ〜２５μｍであることが好ましい。あるいは、前記貫通部１６の、陽極層１２面における形状の周長が、当該形状を内包する最小円の周長の１．１５倍〜２倍にすることが好ましい。さらに、前記貫通部１６は、基板１１面１ｍｍ２当たり１０３個〜１０８個となるように形成するのが好ましい。これらの範囲に調整すれば、製造しやすく、発光強度をより大きくすることができる。
【００２６】
図３（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態の発光素子１０における貫通部１６の形状を説明した図である。
図３（ａ）〜（ｂ）に示した貫通部１６は、発光素子１０の光の取り出し方向から見た場合の形状である。ここで、図３（ａ）に示した貫通部１６の場合、図２で示した貫通部１６と同様の形状である。この貫通部１６の陽極層１２面における形状は、凹多角形形状の１つである凹八角形である。またこの凹八角形を構成する辺の長さは略同一である。そして、この辺の長さの合計としての周長は、凹八角形を内包する最小円２１の周長（即ち、円周の長さ）より長くなっている。
【００２７】
また、図３（ｂ）に示した貫通部１６の場合、貫通部１６の形状は、凹多角形の１つである凹十角形であり、いわゆる星形形状となっている。そして、この凹十角形の凸部の頂点における頂角は、３６°としている。またこの凹十角形を構成する辺の長さはやはり略同一である。そして、この辺の長さの合計としての周長は、凹十角形を内包する最小円２１の周長より長くなっている。
【００２８】
なお本実施の形態において、「凹多角形」とは、１８０度以上の内角を１つ以上有する多角形のことである。貫通部１６の形状として凹多角形形状を採る場合、その凹多角形形状は、頂点を８以上有することが好ましい。頂点を８つ以上有することで凹多角形の周長が、凹多角形を内包する最小円２１の周長より長くなりやすくなる。
【００２９】
図３（ａ）〜（ｂ）のように貫通部１６を形成することで、貫通部１６の形状を単純に円形形状とする場合より、貫通部１６内の発光面積が増大する。そのため発光素子１０に一定電流を流した場合、単位発光面積に流れる電流量は円形形状と比較して減少することになる。よって、貫通部１６内の電流密度を下げることができる。電流密度が下がると、電流に対する発光効率である電流発光効率を上げることができると共に、発光素子１０に印加する電圧を下げることも可能となる。その結果、むやみに隔離（ｓ）（図２参照）を小さくしなくても発光強度を大きくすることが可能となり、発光面の面積を有効に利用することができる。また、貫通部１６内の発光面積が増大することにより発光部１７より発生する熱を放熱する効率も上昇する。そのため、発光素子１０の長寿命化を図りやすくなる。更に、貫通部１６の形状を凹多角形形状とすることで、発光部から生じた光を外部へ効率よく取り出すことができ、発光効率を一層上げることができる。
【００３０】
また、辺の長さを略同一とすることにより、更に特定の部分への電荷集中を抑制することができる。なおここで、辺の長さが略同一とは、厳密な意味で同一の長さであることを意味するわけではなく、概ね同一の長さであればよいことを意味する。
また、本実施の形態では、貫通部１６の、第１電極層である陽極層１２面に対して垂直な方向から見た形状の周長と、この形状を内包する最小円２１の周長を比較するのに「エッジ密度」という指標を用いることができる。
【００３１】
このエッジ密度は、基材面の単位面積当たりに存在する貫通部１６のエッジの長さの合計、即ち単位面積当たりの周長の合計を表す。エッジ密度は、できるだけ高く（好ましくは１μｍ／μｍ２以上）するこで、最高輝度、発光効率ともにより高くでき、最高輝度時の電圧をより低く抑えられる。
【００３２】
例えば、円形状の貫通部１６が、図２で示したように配列する場合は、この貫通部１６の配列の繰り返し単位は、正三角形となることからこの正三角形内に属する部分の周長をまず計算する。貫通部１６が円形形状の場合は、この正三角形の１つの角の部分に属するこの円の周長（即ち、円周長）は円の周長の１／６である。そして、正三角形の角は３つあり、円の半径はｒなので、この正三角形内に属する円形形状の周長は、３×（１／６）×（円周長）＝πｒである。
【００３３】
そして、この正三角形の面積は、一辺の長さがｐであることより、√３ｐ２／４である。よって、単位面積当たりの貫通部１６のエッジの長さであるエッジ密度は、４√３πｒ／（３ｐ２）であり、これは、７．２６ｒ／ｐ２と近似できる。
【００３４】
このエッジ密度を図３（ａ）〜（ｂ）に示した凹多角形で計算する。まず図３（ａ）に示した凹八角形の場合は、一辺の長さをｒの４／５、即ち、４ｒ／５とした場合の凹八角形では、エッジ密度は、６４√３ｒ／（１５ｐ２）である。これは、７．３９ｒ／ｐ２と近似できる。
【００３５】
また、図３（ｂ）に示した凹十角形の場合は、エッジ密度は、２０√３（３−√５）ｒｓｉｎ７２°／（３ｐ２）となる。これは、８．３９ｒ／ｐ２と近似できる。
よって、いずれも７．２６ｒ／ｐ２よりエッジ密度は大きくなるため、貫通部１６の光の取り出し側から見た形状の周長は、この形状を内包する最小円２１の周長より長くなっている。
【００３６】
なお、発光素子１０の、第１電極層である陽極層１２面に対して垂直な方向から見た場合の貫通部１６の形状を上述した凹多角形ではなく、凸多角形を使用した場合は、貫通部１６の第１電極層である陽極層１２面に対して垂直な方向から見た形状の周長が、この形状を内包する最小円２１の周長より長くすることはできない。
例えば、凸多角形として正三角形を考え、この正三角形を内包する最小円２１の半径をｒとした場合のエッジ密度は、６ｒ／ｐ２となる。また凸多角形として正方形を考えた場合のエッジ密度は、８√６ｒ／（３ｐ２）となる。これは６．５３ｒ／ｐ２と近似できる。いずれも円形形状の場合の７．２６ｒ／ｐ２を下回る。凸多角形の辺の数を増やせば、エッジ密度はこの凸多角形を内包する最小円２１のエッジ密度に近づくが超えることはできない。
【００３７】
図４（ａ）は、本実施の形態の発光素子１０における貫通部１６の他の形状を説明した図である。
図４（ａ）に示した貫通部１６の陽極層１２面における形状は、フラクタル構造を有する形状である。
この形状は、正三角形の各辺を構成する３つの線分をそれぞれコッホ曲線とする変形を行う際に途中で出現する形状である。
【００３８】
図４（ｂ）〜（ｄ）にこの形状の作成方法を示した。まず、正三角形が出発となる形状である（図４（ｂ））。次に正三角形の辺を構成する３つの各線分を３等分し、分割した２点を頂点とする正三角形の作図を行う（図４（ｃ））。これにより１２個の辺からなる形状ができる。そしてこの１２個の辺の長さは全て同じであり、その長さの合計は、元の正三角形の４／３倍となる。次にこの１２個の辺の全てについて、図４（ｂ）で行ったのと同様の操作を更に行う（図４（ｄ））。これにより、４８個の辺からなる図４（ａ）で示した形状ができる。そしてこの４８個の辺の長さは全て同じであり、その長さの合計は、元の正三角形の４／３×４／３倍＝１６／９倍となる。
【００３９】
このようにして作成した形状は、本実施の形態では、元の形状である図４（ｂ）の正三角形を第１世代とし、図４（ｃ）の形状を第２世代、図４（ｄ）（図４（ａ））の形状を第３世代と呼ぶことにする。この各形状は、この形状の各部分を拡大すると全体と同じ形になる自己相似性を有する。
【００４０】
ここで、図４（ｃ）の形状について、この形状を内包する最小円２１の半径をｒとした場合のエッジ密度を計算すると、８ｒ／ｐ２となり、この最小円２１のエッジ密度である７．２６ｒ／ｐ２を上回る。
【００４１】
また、図４（ａ）（図４（ｄ））の形状について、この形状を内包する最小円２１の半径をｒとした場合のエッジ密度を計算すると、３２ｒ／（３ｐ２）となる。これは、１０．６７ｒ／ｐ２と近似でき、更にエッジ密度を大きくすることができる。
なお、図４（ｂ）〜（ｄ）に示したフラクタル構造を有する形状は、正三角形を出発形状とし、その第２世代〜第３世代の形状を示したが、これに限られるものではない。例えば、正方形、正五角形、正六角形等を出発形状としてもよい。また貫通部１６の第１電極層である陽極層１２面に対して垂直な方向から見た形状として好ましい世代については、貫通部１６の作製の容易性の観点から、第２世代〜第４世代で作成することができる形状がよい。
【００４２】
なお、貫通部１６内部での特定の部分への電荷集中を抑制する観点からは、上述したような各辺の長さが等しい凹多角形や、フラクタル構造を有する形状が好ましいが、これに限られるものではない。
図５（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態の発光素子１０における貫通部１６の更に他の形状を説明した図である。
図５（ａ）に示した貫通部１６の形状は、凹多角形であるが、各辺の長さは略同一ではなく、種々の長さを採る。このような形状でも、形状の周長をこの形状を内包する最小円２１の周長より長くすることができる。
【００４３】
また、上述した例では、各形状は、複数の線分により形成されていたが、これに限られるものではなく、曲線により構成されていてもよい。
図５（ｂ）に示した貫通部１６の形状は、この場合の一例を示したものであり、貫通部１６の形状は不規則な曲線により構成されている。そして、形状の周長は、この形状を内包する最小円２１の周長より長くなっている。
なお、今まで詳述した貫通部１６の形状では、特に頂点部において、電荷集中が生じるおそれがある。これを防止するために、例えば、貫通部１６の陽極層１２面における形状が、頂点部が面取りされた凹多角形とすることが考えられる。
【００４４】
図６（ａ）〜（ｃ）は、凹十角形を２通りの方法で面取りした場合を説明した図である。
まず図６（ｂ）は、図６（ａ）で示す凹十角形の各頂点をＲ面取りした場合である。この面取りにより各頂点は円弧状になだらかに丸められる。また図６（ｃ）は、図６（ａ）で示す凹十角形の各頂点をＣ面取りした場合である。この面取りにより各頂点は、直線状に丸められる。何れの場合も頂点部を面取りを行う前よりなだらかな形状にすることができるため、この部分における電荷集中を抑制することができる。なお図６（ｂ）〜（ｃ）で示した例では、全ての頂点部について面取りを行ったが、各頂点部のうち凸部に対して行うことが特に好ましい。即ち、凸部においては鋭角をなすため、電荷集中が起こりやすいためであり、この部分の面取りを行うことにより、より効果的に電荷集中を抑制することができる。
【００４５】
発光部１７は、貫通部１６の内面の少なくとも陽極層１２および陰極層１４の両電極層間を覆うように設けられる。本実施の形態では、電圧を印加することで光を発する発光材料を、上述の通り貫通部１６の内面の少なくとも前記両電層極間に跨るに面に接触して設ける。このことにより凹部１８を形成するように貫通部１６の内面に発光部１７が形成される。発光部１７における発光機構は、例えば陽極層１２から注入された正孔と陰極層１４から注入された電子（正孔）とが再結合し、発光が生じる機構を上げることができる。
【００４６】
発光部１７の材料としては、有機材料および無機材料のいずれも用いることができる。有機化合物であれば低分子化合物及び高分子化合物のいずれをも使用することができ、例えば、大森裕：応用物理、第７０巻、第１２号、１４１９−１４２５頁（２００１年）に記載されている発光性低分子化合物及び発光性高分子化合物などを例示することができる。
但し、本実施の形態では、塗布性に優れた材料が好ましい。即ち本実施の形態における発光素子１０の構造では、発光部１７が貫通部１６内で安定に発光するためには発光部１７が貫通部１６の内面に均一に接し、膜厚が均等に成膜されること、即ちカバレッジ性が向上することが好ましい。塗布性に優れた材料を使用すると貫通部１６から出射する光の輝度のばらつき等を抑制できる。
【００４７】
また、貫通部１６内に発光部１７を均一に形成するためには、塗布法で行うことが好ましい。即ち、塗布法では、貫通部１６に発光材料を含む溶液を埋め込むことが容易であるため凹凸を有する面においてもカバレッジ性を高めて成膜することが可能である。塗布法においては塗布性を向上させる目的で、主に重量平均分子量で１，０００〜２，０００，０００である有機高分子材料が好適に用いられる。また、塗布性を向上させるためレベリング剤、脱泡剤などの塗布性向上添加剤を添加したり、電荷トラップ能力の少ないバインダー樹脂を添加することもできる。
【００４８】
具体的に、塗布性に優れる材料としては、例えば、特開２００７−８６６３９号公報に挙げられている所定の構造を有する分子量１５００以上６０００以下のアリールアミン化合物や、特開２０００−０３４４７６号公報に挙げられている所定の高分子蛍光体などが挙げられる。
ここで、塗布性に優れた材料の中でも、発光素子１０の製造のプロセスが簡素化されるという点で発光性高分子化合物が好ましく、発光効率が高い点で燐光発光性化合物が好ましい。従って、特に燐光発光性高分子化合物が好ましい。なお、複数の材料同士を混合、あるいは塗布性を損なわない範囲で低分子発光材料（例えば、分子量１０００以下）を添加することも可能である。この際の低分子発光材料の添加量は３０質量％以下が好ましい。
また、発光性高分子化合物は、共役発光性高分子化合物と非共役発光性高分子化合物とに分類することもできるが、中でも非共役発光性高分子化合物が好ましい。
上記の理由から、本実施の形態で用いられる発光材料としては、燐光発光性非共役高分子化合物（燐光発光性高分子であり、かつ非共役発光性高分子化合物でもある発光材料）が特に好ましい。
【００４９】
本発明の発光素子１０における発光部１７は、好ましくは、燐光を発光する燐光発光性単位とキャリアを輸送するキャリア輸送性単位とを一つの分子内に備えた、燐光発光性高分子（燐光発光材料）を少なくとも含む。燐光発光性高分子は、重合性置換基を有する燐光発光性化合物と、重合性置換基を有するキャリア輸送性化合物とを共重合することによって得られる。燐光発光性化合物はイリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）の中から一つ選ばれる金属元素を含む金属錯体であり、中でもイリジウム錯体が好ましい。燐光発光性高分子としては、例えば特開２００３−３４２３２５に記載された化合物などが挙げられる。
【００５０】
本実施の形態における発光素子１０の発光部１７は、好ましくは前述した燐光発光性化合物を含むが、発光部１７のキャリア輸送性を補う目的で正孔輸送性化合物や電子輸送性化合物が含まれていてもよい。これらの目的で用いられる正孔輸送性化合物としては、例えば、ＴＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ，Ｎ’−（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’ジアミン）、α−ＮＰＤ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル）、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４’’−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン）などの低分子トリフェニルアミン誘導体が挙げられる。更に、ポリビニルカルバゾール、トリフェニルアミン誘導体に重合性官能基を導入して高分子化したもの；特開平８−１５７５７５号公報に開示されているトリフェニルアミン骨格の高分子化合物；ポリパラフェニレンビニレン、ポリジアルキルフルオレンなどが挙げられる。また、電子輸送性化合物としては、例えば、Ａｌｑ３（アルミニウムトリスキノリノレート）などのキノリノール誘導体金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリアジン誘導体、トリアリールボラン誘導体などの低分子材料が挙げられる。更に上記の低分子電子輸送性化合物に重合性官能基を導入して高分子化したもの、例えば特開平１０−１６６５号公報に開示されているポリＰＢＤなどの既知の電子輸送性化合物が挙げられる。
【００５１】
以上詳述した発光素子は、図１に示した発光素子１０（発光部１７が貫通部１６に接触して発光材料が設けられることにより凹部１８を形成し、そして、凹部１８の底部は、貫通部１６の底部に近い箇所に位置するように形成されている）に限られるものではない。
【００５２】
図７（ａ）〜（ｄ）は、発光部１７の形状の他の形態を説明した図である。
図７（ａ）に示した発光素子１０ａでは、凹部１８の深さは浅く、凹部１８の底部は、貫通部１６の底部よりも頂部に近い箇所に位置するように形成されている。また、図７（ｂ）に示した発光素子１０ｂでは、凹部１８は、形成されず、発光部１７により貫通部１６は全て充填され、発光部１７の上面は、陰極層１４の上面と一致している。更に、図７（ｃ）に示した発光素子１０ｃでは、凹部１８は形成されず、発光部１７により貫通部１６は全て充填され、かつその上面を凸形状としている。更に、図７（ｄ）に示した発光素子１０ｄでは、凹部１８は形成されているが、凹部１８の深さは浅く、凹部１８の底部は、貫通部１６の底部よりも頂部に近い箇所に位置するように形成されており、かつ発光部１７は貫通部１６の内部のみならず陰極層１４の上面にも展開し、形成されている。
図７（ａ）〜（ｄ）に示した発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄにおいても、発光部１７により発せられた光は、発光部１７内部を伝搬し、上述の発光素子１０と同様に、基板１１の側および陰極層１４の側の両方から取り出しが可能である。
【００５３】
図１および図７（ａ）〜（ｄ）で説明を行った発光部１７の形状は、例えば、陽極層１２および陰極層１４の断面構造により選択することができる。
例えば、図１で説明した発光素子１０のように、基板１１の側を下側とし、基板１１の反対側を上側としたとき、陰極層１４が貫通部１６により貫通され、上部が開放された形状の場合は、凹部１８を形成することが好ましい。また、発光部１７が陰極層１４により覆われるような構造を採った場合では、発光部１７を形成した後、陰極層１４が形成される。そのため凹部１８を小さく形成するか、または形成しない方が、陰極層１４を形成する際にカバレッジ性が向上するために好ましい。
【００５４】
また、図１および図７で説明した発光素子１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、貫通部１６が、陽極層１２、誘電体層１３、陰極層１４を貫通して形成されていたがこれに限るものではない。発光部１７が発光するためには少なくとも誘電体層１３が貫通部１６により貫通すれば足り、他の層は、貫通しても貫通しなくてもよい。
【００５５】
図８（ａ）〜（ｆ）は、本発明の発光素子における貫通部１６の種々の形態について説明した図である。
【００５６】
図８（ａ）に示した発光素子１０ｅは、貫通部１６が誘電体層１３を貫通するが、陽極層１２、陰極層１４を貫通しない場合である。発光素子１０ｅでは、発光部１７を形成する発光材料がこの貫通部１６を埋めるようにして形成される。そのため陰極層１４は、誘電体層１３およびこの貫通部１６の上面に平面状に形成される。
【００５７】
また図８（ｂ）に示した発光素子１０ｆは、貫通部１６が誘電体層１３を貫通するが、陽極層１２、陰極層１４を貫通せずに形成されるのは発光素子１０ｅと同様である。ただし発光部１７を形成する発光材料が、貫通部１６を埋めるのみならず、誘電体層１３の上面に延伸して展開し、延伸部１７ａを形成する。そのため陰極層１４は、この貫通部１６および延伸部１７ａの上面に平面状に形成される。
【００５８】
更に図８（ｃ）に示した発光素子１０ｇは、貫通部１６が陽極層１２および誘電体層１３を貫通するが、陰極層１４を貫通しない場合である。そして発光素子１０ｇの場合も、発光素子１０ｅと同様に発光部１７を形成する発光材料がこの貫通部１６を埋めるようにして形成され、陰極層１４は、誘電体層１３およびこの貫通部１６の上面に平面状に形成される。
【００５９】
また図８（ｄ）に示した発光素子１０ｈは、発光素子１０ｇに対して、発光素子１０ｆと同様の発光材料による延伸部１７ａを形成した場合である。
【００６０】
また更に図８（ｅ）に示した発光素子１０ｉは、貫通部１６が陽極層１２および誘電体層１３を貫通するが、陰極層１４を貫通しないのは、発光素子１０ｇと同様である。ただし、貫通部１６が基板１１を穿つことで形成される穿孔部１６ａを更に有する点で相違する。この穿孔部１６ａを形成することで、発光部１７より出射した光が基板１１内に侵入しやすくなる。そのため外部への光取り出し効率が向上するという効果が生ずる。
また図８（ｆ）に示した発光素子１０ｊは、発光素子１０ｉに対して、発光材料による延伸部１７ａを形成した場合である。
【００６１】
以上の発光素子１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊにおいて、貫通部１６が、陽極層１２または陰極層１４を貫通しない場合で、その方向に光を取り出したい場合は、陽極層１２や陰極層１４が発光部１７から発する光の波長域の光に対し、透明であることが必要である。
【００６２】
なお、以上詳述した発光素子１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊでは、基板１１側を下側とした場合、陽極層１２を下側に形成し、誘電体層１３を挟み込み対向する形で陰極層１４を上側に形成する場合を例示して説明を行ったが、これに限られるものではなく、陽極層１２と陰極層１４を入れ替えた構造でもよい。即ち、基板１１側を下側とした場合、陰極層１４を下側に形成し、誘電体層１３を挟み込み対向する形で陽極層１２を上側に形成する形態でもよい。
【００６３】
次に、本発明の発光素子の製造方法について、図１で説明を行った発光素子１０の場合を例に取り説明を行う。
図９（ａ）〜（ｆ）は、本実施の形態が適用される発光素子１０の製造方法について説明した図である。基板１１上に陽極層１２、誘電体層１３、陰極層１４を順に積層する形で形成する（図９（ａ））。これらの層を形成するには、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法などを用いることができる。また、塗布成膜方法、即ち、目的とする材料を溶剤に溶解させた状態で基板に塗布し乾燥する方法が可能な場合は、スピンコーティング法、ディップコーティング法、インクジェット法、印刷法、スプレー法、ディスペンサー法などの方法を用いて成膜することも可能である。なお陰極バッファ層を設けたい場合も同様の方法で形成することができる。
また、陽極層１２を形成した後に、陽極層１２の表面処理を行うことで、オーバーコートされる層の性能（陽極層１２との密着性、表面平滑性、ホール注入障壁の低減化など）を改善することができる。表面処理を行うには高周波プラズマ処理を始めとしてスパッタリング処理、コロナ処理、ＵＶオゾン照射処理、紫外線照射処理、または酸素プラズマ処理などがある。
【００６４】
更に、陽極層１２の表面処理の表面処理を行う代わりに、もしくは表面処理に追加して、図示しない陽極バッファ層を形成することで表面処理と同様の効果が期待できる。そして、陽極バッファ層をウェットプロセスにて塗布して作製する場合には、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェットプリント法等の塗布法などを用いて成膜することができる。
【００６５】
上記ウェットプロセスによる成膜で用い得る化合物は、陽極層１２と発光部１７に含まれる発光性化合物に良好な付着性を有した化合物であれば特に制限はない。例えば、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸との混合物、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）とポリスチレンスルホン酸との混合物などの導電性ポリマーを挙げることができる。さらに、これら導電性ポリマーにトルエン、イソプロピルアルコールなどの有機溶剤を添加して用いてもよい。また、界面活性剤などの第三成分を含む導電性ポリマーでもよい。界面活性剤としては、例えばアルキル基、アルキルアリール基、フルオロアルキル基、アルキルシロキサン基、硫酸塩、スルホン酸塩、カルボキシレート、アミド、ベタイン構造、および第４級化アンモニウム基からなる群から選択される１種の基を含む界面活性剤が用いられるが、フッ化物ベースの非イオン性界面活性剤も用い得る。
【００６６】
また、陽極バッファ層をドライプロセスにて作製する場合は、特開２００６−３０３４１２号公報に例示のプラズマ処理などを用いて成膜することができる。この他にも金属単体あるいは金属酸化物、金属窒化物等を成膜する方法が挙げられ、具体的な成膜方法としては、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、化学反応法、コーティング法、真空蒸着法などを用いることができる。
【００６７】
次に、図９（ａ）の工程で形成した各層を貫通する形で貫通部１６の形成を行うが、貫通部１６を形成するには例えば、リソグラフィーを用いた方法が使用できる。これを行うには、まず陰極層１４の上にレジスト液を塗布し、スピンコート等により余分なレジスト液を除去して、レジスト層７１を形成する（図９（ｂ））。
【００６８】
そして、貫通部１６を形成するための所定のパターンが描画されたマスク（図示せず）をかぶせ、紫外線（ＵＶ：Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）、電子線（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ）等により露光を行う。このマスクのパターンは、上述したような貫通部１６の形状に対応する形状を有する開口部が規則的に配列したものとなる。その結果、レジスト層７１に貫通部１６の形状が規則的に配列した所定のパターン７２が露光される（図９（ｃ））。
【００６９】
ここで、等倍露光（例えば、接触露光やフロキシ露光の場合）を行えばマスクパターンと等倍の貫通部１６のパターンを、縮小露光（例えば、ステッパーを使用した露光の場合）を行えば、マスクパターンに対して縮小された貫通部１６のパターンを、それぞれ形成することができる。
【００７０】
また露光時に、露光装置の焦点を故意にずらせた状態で露光を行うことにより、レジスト層に投影されるマスクの画像をぼやけさせることができる。このようにすることで貫通部１６のパターンの面取りを行うこともできる。即ち、例えば本来、図６（ａ）の貫通部１６のパターンが形成されるマスクを用いて、図６（ｂ）あるいは図６（ｃ）の貫通部１６のパターンを形成することができる。
【００７１】
次に、現像液を用いてレジスト層７１の露光部分を除去すると、パターン７２の部分のレジスト層７１が除去される（図９（ｄ））。
【００７２】
次に、露出した陰極層１４の部分をエッチング除去し、図９（ａ）の工程で形成した各層を貫通する形で貫通部１６を形成する（図９（ｅ））。エッチングは、ドライエッチングとウェットエッチングの何れをも使用することができる。またこの際に等方性エッチングと異方性エッチングを組合せることで、貫通部１６の形状の制御を行うことができる。ドライエッチングとしては、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）や誘導結合プラズマエッチングが利用でき、またウェットエッチングとしては、希塩酸や希硫酸への浸漬を行う方法などが利用できる。この結果、光の取り出し側から見た形状が上述したような所定の形状となる貫通部１６が形成される。
【００７３】
なお、エッチングを行う際にエッチングの条件（処理時間、使用ガス、圧力、基板温度）を調節することにより、貫通部１６が貫通する層を選択することができる。即ち、陽極層１２を残し、誘電体層１３および陰極層１４を貫通させることもできる。また陽極層１２を除去した後に更にエッチングを行い、図８（ｅ）〜（ｆ）で説明を行った穿孔部１６ａを形成させることもできる。
【００７４】
また図９（ｂ）〜（ｄ）の工程は、ナノインプリント法による方法で行うことができる。
具体的には、図９（ｂ）のようにレジスト層７１を形成した後に、パターン７２を形成するための所定の凸パターンが描画されたマスクを、レジスト層７１に、圧力をかけて押し当てる。そしてこの状態で、熱あるいは／および光をレジスト面に照射することにより、フォトレジストを硬化させる。次にマスクを除去することにより、フォトレジスト表面に凸パターンに対応する貫通部１６のパターンであるパターン７２が形成される。続いて、前述したエッチングを行うことにより、貫通部１６を形成することができる。
【００７５】
次に、残ったレジスト層７１をレジスト除去液等を用いて除去し、発光部１７を形成することで有機電界発光素子１０が製造できる（図９（ｆ））。発光部１７の形成には、前述の塗布法が用いられる。まず発光部１７を構成する発光材料を、有機溶媒や水等の所定の溶媒に分散させたインクを塗布する。塗布を行う際にはスピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング法、インクジェット法、スリットコーティング法、ディスペンサー法、印刷等の種々の方法を使用することができる。塗布を行った後は、加熱あるいは真空引きを行うことでインクを乾燥させ、発光材料が貫通部１６の内面に固着し、発光部１７が形成される。
【００７６】
また、これら一連の工程後、発光素子１０を長期安定的に用い、発光素子１０を外部から保護するための保護層や保護カバー（図示せず）を装着することが好ましい。保護層としては、高分子化合物、金属酸化物、金属フッ化物、金属ホウ化物、窒化ケイ素、酸化ケイ素等のシリコン化合物などを用いることができる。そして、これらの積層体も用いることができる。また、保護カバーとしては、ガラス板、表面に低透水率処理を施したプラスチック板、金属などを用いることができる。この保護カバーは、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂で素子基板と貼り合わせて密閉する方法を採ることが好ましい。またこの際に、スペーサを用いることで所定の空間を維持することができ、発光素子１０が傷つくのを防止できるため好ましい。そして、この空間に窒素、アルゴン、ヘリウムのような不活性なガスを封入すれば、上側の陰極層１４の酸化を防止しやすくなる。特にヘリウムを用いた場合、熱伝導が高いため、電圧印加時に発光素子１０より発生する熱を効果的に保護カバーに伝えることができるため、好ましい。更に酸化バリウム等の乾燥剤をこの空間内に設置することにより上記一連の製造工程で吸着した水分が発光素子１０にダメージを与えるのを抑制しやすくなる。
【００７７】
なお図８（ａ）〜（ｆ）で説明を行った発光素子１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０ｉ、１０ｊの作製を行うには、図９（ａ）の工程において、陰極層１４を形成せず、そして図９（ｆ）の工程の後に陰極層１４を形成すればよい。
【００７８】
次に、以上詳述した発光素子を備える画像表示装置について説明を行う。
図１０は、本実施の形態における発光素子を用いた画像表示装置の一例を説明した図である。
図１０に示した画像表示装置２００は、いわゆるパッシブマトリクス型の画像表示装置であり、画像表示装置基板２０２、陽極配線２０４、陽極補助配線２０６、陰極配線２０８、絶縁膜２１０、陰極隔壁２１２、発光素子２１４、封止プレート２１６、シール材２１８とを備えている。
【００７９】
画像表示装置基板２０２としては、例えば、矩形状のガラス基板等の透明基板を用いることができる。画像表示装置基板２０２の厚みは、特に限定されないが、例えば０．１〜１ｍｍのものを用いることができる。
画像表示装置基板２０２上には、複数の陽極配線２０４が形成されている。陽極配線２０４は、一定の間隔を隔てて平行に配置される。陽極配線２０４は、透明導電膜により構成され、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を用いることができる。また陽極配線２０４の厚さは例えば、１００ｎｍ〜１５０ｎｍとすることができる。そして、それぞれの陽極配線２０４の端部の上には、陽極補助配線２０６が形成される。陽極補助配線２０６は陽極配線２０４と電気的に接続されている。このように構成することにより、陽極補助配線２０６は、画像表示装置基板２０２の端部側において外部配線と接続するための端子として機能し、外部に設けられた図示しない駆動回路から陽極補助配線２０６を介して陽極配線２０４に電流を供給することができる。陽極補助配線２０６は、例えば、厚さ５００ｎｍ〜６００ｎｍの金属膜によって構成される。
また、画像表示装置基板２０２上には、複数の陰極配線２０８が設けられている。複数の陰極配線２０８は、それぞれが平行となるよう、かつ、陽極配線２０４と直交するように配設されている。陰極配線２０８には、Ａｌ又はＡｌ合金を使用することができる。陰極配線２０８の厚さは、例えば、１００ｎｍ〜１５０ｎｍである。また、陰極配線２０８の端部には、陽極配線２０４に対する陽極補助配線２０６と同様に、図示しない陰極補助配線が設けられ、陰極配線２０８と電気的に接続されている。よって、陰極配線２０８と陰極補助配線との間に電流を流すことができる。
【００８０】
画像表示装置基板２０２上には、陽極配線２０４を覆うように絶縁膜２１０が形成される。絶縁膜２１０には、陽極配線２０４の一部を露出するように矩形状の開口部２２０が設けられている。複数の開口部２２０は、陽極配線２０４の上にマトリクス状に配置されている。この開口部２２０において、後述するように陽極配線２０４と陰極配線２０８の間に発光素子２１４が設けられる。すなわち、それぞれの開口部２２０が画素となる。従って、開口部２２０に対応して表示領域が形成される。ここで、絶縁膜２１０の膜厚は、例えば、２００ｎｍ〜３００ｎｍとすることができ、開口部２２０の大きさは、例えば、３００μｍ×３００μｍとすることができる。
【００８１】
陽極配線２０４上の開口部２２０の位置に対応した箇所に、発光素子２１４が形成されている。なお、ここで発光素子２１４は、陽極配線２０４が基板１１の代わりとなるため、陽極配線２０４の上に直接、陽極層１２、誘電体層１３、陰極層１４、発光部１７（図１参照）が形成されている。発光素子２１４は、開口部２２０において陽極配線２０４と陰極配線２０８とに挟持されている。すなわち、発光素子２１４の陽極層１２が陽極配線２０４と接触し、陰極層１４が陰極配線２０８と接触する。有機電界発光素子２１４の厚さは、例えば、１５０ｎｍ〜２００ｎｍとすることができる。
【００８２】
絶縁膜２１０の上には、複数の陰極隔壁２１２が陽極配線２０４と垂直な方向に沿って形成されている。陰極隔壁２１２は、陰極配線２０８の配線同士が導通しないように、複数の陰極配線２０８を空間的に分離するための役割を担っている。従って、隣接する陰極隔壁２１２の間にそれぞれ陰極配線２０８が配置される。陰極隔壁２１２の大きさとしては、例えば、高さが２μｍ〜３μｍ、幅が１０μｍのものを用いることができる。
画像表示装置基板２０２は、封止プレート２１６とシール材２１８を介して貼り合わせられている。これにより、発光素子２１４が設けられた空間を封止することができ、発光素子２１４が空気中の水分により劣化するのを防ぐことができる。封止プレート２１６としては、例えば、厚さが０．７ｍｍ〜１．１ｍｍのガラス基板を使用することができる。
このような構造の画像表示装置２００において、図示しない駆動装置により、陽極補助配線２０６、図示しない陰極補助配線を介して、発光素子２１４に電流を供給し、発光部１７を発光させ、貫通部１６から光を出射させることができる。そして、上述の画素に対応した発光素子２１４の発光、非発光を制御装置により制御することにより、
画像表示装置２００に画像を表示させることができる。
【００８３】
次に、発光素子１０を用いた照明装置について説明を行う。
図１１は、本実施の形態における発光素子を備える照明装置の一例を説明した図である。
図１１に示した照明装置３００は、上述した発光素子１０と、発光素子１０の基板１１（図１参照）に隣接して設置され陽極層１２（図１参照）に接続される端子３０２と、基板１１（図１参照）に隣接して設置され発光素子１０の陰極層１４（図１参照）に接続される端子３０３と、端子３０２と端子３０３とに接続し発光素子１０を駆動するための点灯回路３０１とから構成される。
点灯回路３０１は、図示しない直流電源と図示しない制御回路を内部に有し、端子３０２と端子３０３を通して、発光素子１０の陽極層１２と陰極層１４との間に電流を供給する。そして、発光素子１０を駆動し、発光部１７（図１参照）を発光させて、貫通部１６から光を出射させ、照明光として利用する。発光部１７は白色光を出射する発光材料より構成されていてもよく、また緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）、赤色光（Ｒ）を出射する発光材料を使用した発光素子１０をそれぞれ複数個設け、その合成光が白色となるようにしてもよい。なお、本実施の形態の照明装置３００では、貫通部１６（図１参照）の径と間隔を小さくして発光させた場合、人間の目には面発光しているように見える。
【実施例】
【００８４】
（実施例１）
［発光材料溶液の調製］
ＷＯ２０１０−１６５１２号公報に記載された方法に従って下記の燐光発光性高分子化合物（Ａ）を合成した。高分子化合物（Ａ）の重量平均分子量は５２，０００、各繰り返し単位のモル比はｋ：ｍ：ｎ＝６：４２：５２であった。【００８５】
【化１】
2011148478.tif 000003
【００８６】
この燐光発光性高分子化合物（Ａ）３重量部を９７重量部のトルエンに溶解させ、発光材料溶液（以下、「溶液Ａ」ともいう。）を調製した。【００８７】
［発光素子の作製］
発光素子として、図１で示した有機発光素子１０を、以下の方法で作製した。
具体的には、まず石英ガラスからなるガラス基板（２５ｍｍ角、厚さ１ｍｍ）上に、スパッタ装置（キヤノンアネルバ株式会社製Ｅ−４０１ｓ）を用いて、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜を１５０ｎｍ、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層を２００ｎｍ、アルミニウム（Ａｌ）層を１００ｎｍ成膜した。ここでガラス基板は、基板１１に対応する。またＩＴＯ膜は陽極層１２に、二酸化ケイ素層は誘電体層１３に、アルミニウム層は陰極層１４に、それぞれ対応する。【００８８】
次に、フォトレジスト（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ株式会社製ＡＺ１５００）をスピンコート法により約１μｍ成膜した。次に、石英（板厚３ｍｍ）を基材とし、図３（ｂ）で示した形状の貫通部１６を図２に示すように配置したパターンに対応するマスクＡを作製し、ステッパー露光装置（ニコン製、型式ＮＳＲ−１５０５ｉ６）を用いて、１／５縮尺で露光を行った。次に、ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ：  （ＣＨ３）４ＮＯＨ）１．２％液により現像し、レジスト層をパターン化した。そしてこの後に、１３０℃で１０分間熱を加えた（ポストベイク処理）。
次に反応性イオンエッチング装置（サムコ株式会社製ＲＩＥ−２００ｉＰ）を用いてドライエッチングすることで、各層を順次加工した。このとき各層のエッチング条件は次の通りである。【００８９】
アルミニウム層およびＩＴＯ膜のエッチング条件としては、反応ガスとしてＣｌ２とＳｉＣｌ４の混合ガスを使用し、圧力１Ｐａ、出力Ｂｉａｓ／ＩＣＰ＝２００／１００（Ｗ）で、８分間反応させた。【００９０】
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層のエッチング条件としては、反応ガスとしてＣＨＦ３を使用し、圧力０．３Ｐａ、出力Ｂｉａｓ／ＩＣＰ＝５０／１００（Ｗ）で、１８分間反応させた。【００９１】
以上のドライエッチング処理により、陰極層１４としてのアルミニウム層、誘電体層１３としての二酸化ケイ素層、および陽極層１２としてのＩＴＯ膜を貫通する貫通部１６が形成された。そしてレジスト除去液によりレジスト残渣を除去した。
この貫通部１６の形状をＡＦＭ（キーエンス製、型式ＶＮ８０１０）を用いて観察したところ、図３（ｂ）で示した形状となっていた。【００９２】
次にガラス基板に純水を吹きかけることにより洗浄を行い、スピン乾燥装置を用いて乾燥させた。
次に、溶液Ａをスピンコート法（回転数：３０００ｒｐｍ）により塗布し、次いで窒素雰囲気下、１２０℃で１時間放置し乾燥することで、発光部１７を形成した。
以上の工程により有機発光素子１０を作製することができた。【００９３】
（実施例２）
貫通部１６の形状パターンを図３（ａ）で示した凹八角形形状に変更したことを除いて、実施例１と同様にして有機発光素子１０の作製を行った。【００９４】
（実施例３）
貫通部１６の形状パターンを図４（ａ）で示したフラクタル構造形状に変更したことを除いて、実施例１と同様にして有機発光素子１０の作製を行った。【００９５】
（実施例４）
貫通部１６の形状パターンを図４（ａ）で示したフラクタル構造形状に変更し、更にこの形状の各頂点をＲ面取りしたことを除いて、実施例１と同様にして有機発光素子１０の作製を行った。Ｒ面取りは、ステッパー露光装置の焦点を５ｍｍだけ深く（つまりフォトレジスト表面に対して奥に焦点を結ぶように）調節することで行うことができる。【００９６】
（比較例１）
貫通部１６の形状パターンを円形形状に変更したことを除いて、実施例１と同様にして有機発光素子の作製を行った。【００９７】
（実施例５）
有機発光素子として、図８（ｂ）で示した有機発光素子１０ｆを、以下の方法で作製した。
具体的には、まず石英ガラスからなるガラス基板（２５ｍｍ角、厚さ１ｍｍ）上に、スパッタ装置（キヤノンアネルバ株式会社製Ｅ−４０１ｓ）を用いて、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜を１５０ｎｍ、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層を２００ｎｍ成膜した。ここで、ガラス基板は、基板１１に対応する。またＩＴＯ膜は陽極層１２に、二酸化ケイ素層は誘電体層１３にそれぞれ対応する。【００９８】
次に、フォトレジスト（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ株式会社製ＡＺ１５００）をスピンコート法により約１μｍ成膜した。次に、石英（板厚３ｍｍ）を基材とし、図３（ｂ）で示した凹十角形形状の貫通部１６を図２に示すように配置したパターンに対応するマスクＡを作製し、ステッパー露光装置（株式会社ニコン製、型式ＮＳＲ−１５０５ｉ６）を用いて、１／５縮尺で露光を行った。次に、ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ：  （ＣＨ３）４ＮＨ４ＯＨ）１．２％液により現像し、レジスト層をパターン化した。そしてこの後に、１３０℃で１０分間加熱を加えた（ポストベイク処理）。【００９９】
次に反応性イオンエッチング装置（サムコ株式会社製ＲＩＥ−２００ｉＰ）を用いてドライエッチングすることで、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層を加工した。
このとき二酸化ケイ素層のエッチング条件としては、反応ガスとしてＣＨＦ３を使用し、圧力０．３Ｐａ、出力Ｂｉａｓ／ＩＣＰ＝５０／１００（Ｗ）で、１８分間反応させた。
以上のドライエッチング処理により、誘電体層１３としての二酸化ケイ素層を貫通する貫通部１６が形成された。そしてレジスト除去液によりレジスト残渣を除去した。
この貫通部１６の形状をＡＦＭ（キーエンス製、型式ＶＮ８０１０）を用いて観察したところ、図３（ｂ）で示した凹十角形形状となっていた。【０１００】
次にガラス基板に純水を吹きかけることにより洗浄を行い、スピン乾燥装置を用いて乾燥させた。【０１０１】
次に、溶液Ａをスピンコート法（回転数：３０００ｒｐｍ）により塗布し、次いで窒素雰囲気下、１２０℃で１時間放置し乾燥することで、発光部１７を形成した。
そしてスパッタ装置（キヤノンアネルバ株式会社製Ｅ−４０１ｓ）を用いて、陰極層１４としてアルミニウム（Ａｌ）層を１５０ｎｍ成膜した。
以上の工程により有機発光素子１０ｆを作製することができた。【０１０２】
（比較例２）
貫通部１６の形状パターンを円形形状に変更したことを除いて、実施例５と同様にして有機発光素子の作製を行った。【０１０３】
（実施例６）
有機発光素子として、図８（ｄ）で示した有機発光素子１０ｈを、実施例５に対して、以下の点を変更することで作製した。
反応性イオンエッチング装置（サムコ株式会社製ＲＩＥ−２００ｉＰ）を用いてドライエッチングすることで、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層を加工した後に、更にこの装置を用いてＩＴＯ膜をエッチングすることで加工した。
ＩＴＯ膜のエッチング条件としては、反応ガスとしてＣｌ２とＳｉＣｌ４の混合ガスを使用し、圧力１Ｐａ、出力Ｂａｉｓ／ＩＣＰ＝２００／１００（Ｗ）で、８分間反応させた。
このドライエッチング処理により、誘電体層１３としての二酸化ケイ素層、陽極層１２としてのＩＴＯ膜を貫通する貫通部１６が形成された。
そして他の工程は、実施例５と同様に行うことで、有機発光素子１０ｈを作製することができる。【０１０４】
（比較例３）
貫通部１６の形状パターンを円形形状に変更したことを除いて、実施例６と同様にして有機発光素子の作製を行った。【０１０５】
（実施例７）
有機発光素子として、図８（ｆ）で示した有機発光素子１０ｊを、実施例６に対し、以下の点を変更することで作製した。
反応性イオンエッチング装置（サムコ株式会社製ＲＩＥ−２００ｉＰ）を用いてドライエッチングすることで、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層およびＩＴＯ膜を加工した後に、更にこの装置を用いてガラス基板１１を１５０ｎｍの深さでエッチングすることで加工した。
ガラス基板１１のエッチング条件としては、反応ガスとしてＣＨＦ３を使用し、圧力０．３Ｐａ、出力Ｂｉａｓ／ＩＣＰ＝５０／１００（Ｗ）で、１８分間反応させた。
このドライエッチング処理により、誘電体層１３としての二酸化ケイ素層、陽極層１２としてのＩＴＯ膜を貫通する貫通部１６が形成されると共に、基板１１としてのガラス基板に穿孔部１６ａが形成された。
そして他の工程は、実施例６と同様に行うことで、有機発光素子１０ｊを作製することができる。【０１０６】
（比較例４）
貫通部１６の形状パターンを円形形状に変更したことを除いて、実施例７と同様にして有機発光素子の作製を行った。【０１０７】
（実施例８）
有機発光素子として、図８（ｄ）で示した有機発光素子１０ｈを、実施例６に対し、以下の点を変更することで作製した。
スパッタ装置（キヤノンアネルバ株式会社製Ｅ−４０１ｓ）を用いて、陽極層１２として、ＩＴＯに替えてチタン（Ｔｉ）層を１５０ｎｍ成膜した。なお貫通部１６を形成する際のエッチング条件はＩＴＯ膜と同様の条件で行うことができる。【０１０８】
（比較例５）
貫通部１６の形状パターンを円形形状に変更したことを除いて、実施例８と同様にして有機発光素子の作製を行った。【０１０９】
［評価方法］
上記のようにして作製した各有機発光素子の貫通部１６の周長と輝度を測定することで評価を行った。【０１１０】
（周長の測定）
貫通部１６の形状を観察したＡＦＭ（キーエンス製、型式ＶＮ８０１０）の画像を元にして周長の測定を行った。すなわち、貫通部１６の画像の外周をフレキシブル定規でたどり、その長さを算出することで貫通部１６の周長の測定を行うことができる。【０１１１】
（輝度の測定）
有機発光素子に逐次に電圧を印加していくと、電圧上昇に応じて輝度が高くなり、輝度が最高値に達した後に、有機発光素子が焼けきれることにより輝度が低下する。この輝度を測定し、輝度の最高値を最高輝度とした。
具体的には、各有機発光素子に直流電源（ケースレーインスツルメンツ株式会社製、型式ＳＭ２４００）により電圧を印加した。印加する電圧は、２Ｖから開始し、段階的に０．１Ｖずつ上昇させていった。このとき各段階で１秒間の電圧保持を行い、この間に電流の測定および輝度計（株式会社トプコン製、型式ＢＭ−９）による輝度の測定を行った。これにより電圧および電流に対する輝度のプロットを得ることができる。そしてこのプロットにおける輝度の最大値を最高輝度とした。【０１１２】
評価結果を以下の表１に示す。なお図２で説明を行った半径（ｒ）、ピッチ（ｐ）、間隔（ｓ）の結果も併せて示す。【０１１３】
【表１】
2011148478.tif 000004
【０１１４】
（実施例９）
図２で説明を行った半径（ｒ）、ピッチ（ｐ）、間隔（ｓ）を表２に示した通りに変更したほかは、実施例２と同様にして有機発光素子の作成を行った。【０１１５】
（比較例６）
半径（ｒ）、ピッチ（ｐ）、間隔（ｓ）を表２に示した通りに変更したほかは、比較例１と同様にして有機発光素子の作成を行った。【０１１６】
（実施例１０）
半径（ｒ）、ピッチ（ｐ）、間隔（ｓ）を表２に示した通りに変更したほかは、実施例５と同様にして有機発光素子の作成を行った。【０１１７】
（比較例７）
半径（ｒ）、ピッチ（ｐ）、間隔（ｓ）を表２に示した通りに変更したほかは、比較例２と同様にして有機発光素子の作成を行った。【０１１８】
（実施例１１）
貫通部１６を格子状に配置したほかは実施例６と同様にして有機発光素子の作成を行った。【０１１９】
（比較例８）
貫通部１６を格子状に配置したほかは比較例３と同様にして有機発光素子の作成を行った。【０１２０】
（実施例１２）
貫通部１６を格子状に配置したほかは実施例７と同様にして有機発光素子の作成を行った。【０１２１】
（比較例９）
貫通部１６の形状を正方形とし、貫通部１６を格子状に配置したほかは比較例４と同様にして有機発光素子の作成を行った。【０１２２】
（比較例１０）
貫通部１６の形状を正六角形とし、貫通部１６を格子状に配置したほかは比較例４と同様にして有機発光素子の作成を行った。【０１２３】
【表２】
2011148478.tif 000005
【符号の説明】
【０１２４】
１０…発光素子、１１…基板、１２…陽極層、１３…誘電体層、１４…陰極層、１６…貫通部、１７…発光部、１８…凹部、２１…最小円、２００…画像表示装置、３００…照明装置
【図１】
2011148478.tif 000006
【図２】
2011148478.tif 000007
【図３】
2011148478.tif 000008
【図４】
2011148478.tif 000009
【図５】
2011148478.tif 000010
【図６】
2011148478.tif 000011
【図７】
2011148478.tif 000012
【図８】
2011148478.tif 000013
【図９】
2011148478.tif 000014
【図１０】
2011148478.tif 000015
【図１１】
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【国際調査報告】
2011148478.tif 000017
2011148478.tif 000018
2011148478.tif 000019
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